Sanal Gerçeklik Uçuş Simülatörü Kullanarak Uçuş Performansını ve Göz Hareketi Örüntülerini Değerlendirme

Özet

Uçuş performansının ve göz hareketi modellerinin verimli ve düşük maliyetli bir şekilde değerlendirilmesini sağlayan yeni bir sanal gerçeklik uçuş simülatörü inşa edildi. Ayrıca ergonomi ve diğer araştırmalar için yüksek potansiyelli bir araştırma aracı sağlar.

Özet

Pilotların verimli ve ekonomik performans değerlendirmesi, havacılık endüstrisi için kritik hale gelmiştir. Sanal gerçekliğin (VR) gelişmesi ve göz izleme teknolojisinin birleşimi ile bu ihtiyaçları karşılayacak çözümler gerçeğe dönüşüyor. Önceki çalışmalar, esas olarak teknoloji doğrulama ve uçuş eğitimine odaklanan VR tabanlı uçuş simülatörlerini araştırdı. Mevcut çalışma, pilotların uçuş performansını 3D sürükleyici bir sahnede göz hareketi ve uçuş göstergelerine dayalı olarak değerlendirmek için yeni bir VR uçuş simülatörü geliştirdi. Deney sırasında 46 katılımcı işe alındı: 23 profesyonel pilot ve uçuş deneyimi olmayan 23 üniversite öğrencisi. Deney sonuçları, uçuş deneyimi olan ve olmayan katılımcılar arasında uçuş performansında önemli farklılıklar gösterdi, birincisi ikincisinden daha yüksekti. Buna karşılık, uçuş tecrübesi olanlar daha yapılandırılmış ve verimli göz hareketi paternleri gösterdi. Uçuş performansının farklılaşmasının bu sonuçları, mevcut VR uçuş simülatörünün bir uçuş performansı değerlendirme yöntemi olarak geçerliliğini göstermektedir. Uçuş deneyimi ile farklı göz hareketi modelleri, gelecekteki uçuş seçimi için temel sağlar. Bununla birlikte, bu VR tabanlı uçuş simülatörü, geleneksel uçuş simülatörlerine kıyasla hareket geri bildirimi gibi eksikliklere sahiptir. Bu uçuş simülatörü platformu, görünen düşük maliyet dışında oldukça esnektir. Araştırmacıların farklı ihtiyaçlarını karşılayabilir (örneğin, ilgili ölçekler ekleyerek durum farkındalığını, VR hastalığını ve iş yükünü ölçmek).

Giriş

Avrupa Havacılık Güvenliği Ajansı (2012), uçuş simülatörlerini eğitim tesisleri, uçuş ve seyrüsefer programı eğitmenleri, uçuş eğitim ekipmanları ve tam uçuş simülatörleri olarak sınıflandırmaktadır¹. Bugüne kadar, düşük seviyeli masa üstü sistemlerinden son derece karmaşık hareket tabanlı tam uçuş simülatörlerine^{kadar eğitim} için bir dizi uçuş simülatörü mevcuttur 2. Geleneksel simülatör, bir uçuş dinamiği modeli, bir sistem simülasyonu, bir donanım kokpiti, harici bir görselleştirme ve isteğe bağlı bir hareket simülasyonu³ içerir.

Bu geleneksel uçuş simülatörleri, etkili uçuş eğitim ekipmanı olarak bazı avantajlara sahiptir. Bununla birlikte, maliyetleri yüksek ve çevre dostu değildir, çünkü her sistemin tahriki önemli miktarda elektrik enerjisi gerektirir, özellikle yüksek sıcaklık ve yüksek basınçlı sıvı veya hava basıncı gerektiren, çok fazla güç tüketen ve çok^{fazla gürültü üreten} tam bir uçuş simülatörü 4.

Bununla birlikte, basit bir masaüstü simülatör sistemi, tam bir uçuş simülatörü^2'den daha düşük daldırma ve daha az etkileşim ile esnek ve düşük maliyetlidir. Bu nedenle, masaüstü sistemlerin ve tam uçuş simülatörlerinin avantajlarını birleştiren yeni uçuş simülatörleri geliştirmek esastır (başka bir deyişle, bir masa üstü simülasyonunun esnekliği ve tam bir uçuş simülatörüne yakın daldırma ve etkileşim seviyesi).

Bilgisayar teknolojisinin, özellikle sanal gerçeklik (VR) teknolojisinin gelişmesiyle birlikte, ortaya çıkan VR teknolojisine dayalı yeni bir uçuş simülatörü türü gerçeğe dönüşüyor. VR tabanlı uçuş simülatörü esnek, taşınabilir, düşük maliyetlidir ve geleneksel uçuş simülatörlerinden daha az alan gereksinimine sahiptir⁵. Araştırmacılar son 20 yılda VR teknolojisine dayalı uçuş simülatörleri oluşturdular 6,7,8,9,10,11; ancak, bu VR uçuş simülatörleri esas olarak uçuş eğitimi içindir ve pilot seçimi için çok az vardır. Yine de, maliyet düşürme ve teknolojinin gelişmesiyle birlikte, VR tabanlı simülatörler değişiyor ve kişisel seçim için uygun hale geliyor. Bazı çalışmalar, farklı alanlarda kişisel seçim için VR tabanlı simülatörler kullanmıştır: Schijven ve ^ark.12, bir sanal gerçeklik simülatörü kullanarak cerrahi kursiyerleri seçti. Huang ve ^ark.13, hava kuvvetleri pilotu alımı için sanal gerçeklik teknolojisine dayalı bir psikoloji seçim aracı geliştirdi. Wojciechowski ve Wojtowicz¹⁴, bir adayın VR teknolojisine dayalı bir insansız hava aracı (İHA) pilotu olarak yeteneklerini değerlendirdi. Pilot seçiminin havacılık endüstrisi için kritik olduğu göz önüne alındığında, büyük ölçekli pilot seçimi, simülatörün maliyetine ve taşınabilirlik simülatör sistemindeki taleplere duyarlı olduğundan, pilot seçimine odaklanan yeni bir VR tabanlı uçuş simülatörü geliştirmek için baskı yapıyor.

Göz hareketleri, bir pilotun performansı için ipuçları sağlar. Farklı çalışmalar, göz tarama modunun uzman ve acemi pilotlar arasındaki performansı ayırt ettiğini bulmuştur. Uzmanlar ve acemiler arasındaki tarama modelini karşılaştırarak, uzmanların verimli ve yapısal göz hareketi davranışları ve yeni başlayanların yetersiz tarama yöntemleri ayırt edilebilir. Çeşitli havacılık çalışmaları, pilotların göz tarama stratejisinin 15,16,17,18,19,20,21,22,23,24 uzmanlık düzeyi ile büyük ölçüde ilişkili olduğunu bulmuştur. Bellenkes ve ^ark.25'e göre, uzmanların fiksasyonlarının süresi daha kısadır ve enstrümanlar üzerindeki fiksasyonlarının sıklığı acemilere göre daha yüksektir. Hemen hemen aynı sonuç, uzman pilotların acemilere göre daha kısa sürelerle birlikte daha fazla fiksasyona sahip olduğunu keşfeden Kasarskis ve ^ark.26 tarafından çıkarıldı ve uzman pilotların acemilerden daha iyi bir görsel moda sahip olduğunu öne sürdü. Başka bir çalışmada, Lorenz ve ark.²⁷, uzmanların kokpitin dışına bakmak için acemilerden daha fazla zaman harcadığını buldu. Bu sonuçlar, yeni gelenlerin seçiminde büyük pratik değere sahiptir.

Uçuş performans değerlendirmesi, pilot seçimi için bir diğer kritik faktördür. Bununla birlikte, pilot uçuş performans değerlendirmesinde aşağıdaki sorunlar mevcuttur: çelişkili uzman görüşleri, daha fazla seçim normu ve birleşik bir seçim teorisi. Sürüş alanında, Horrey ve ^ark.28, sürüş performansını değerlendirmek için farklı deneysel koşullar için merkez hattından şeritten ayrılmanın mutlak değerini karşılaştırdı. Havacılık alanına geri dönersek, uçuş hızlı erişim kaydedici (QAR),²⁹. uçuş sırasında her türlü pilot manipülasyon parametresini, uçak parametrelerini, ortamları ve uyarı bilgilerini kaydeder. Daha spesifik olarak, QAR göstergeleri olarak, eğim açısı, uçağın³⁰ sol ve sağ eksenleri etrafındaki dönüş açısıdır ve referans çizgisi (veya merkez referans çizgisi) kırmızı ve yeşil çizgilerin²⁸ tam ortasındadır; Bu iki uçuş parametresi, mevcut çalışmada deneyimi olan veya olmayan katılımcıların uçuş performansını değerlendirmek için kullanılır. Bu QAR verileri uçuş performansını değerlendirmek için kullanılabilir, ancak en iyi bilgimize göre, bilimsel araştırmalarda kişisel eğitim ve seçim için nadiren kullanılmıştır^31,32.

Göz hareketi modellerinin ölçümleri, uçuş performansını değerlendirmek ve tahmin etmek ve pilot eğitimi ve seçimine rehberlik etmek için kullanılabilir. ³³ yaşındaki Gerathewohl ise gözün pilotun en önemli duyu organı olduğunu ve uçuş bilgilerinin yüzde 80'ini işlediğini belirtti. Pilotlar,²² numaralı uçuşu yönetmek için kokpitteki aletlerden görsel bilgi edinmeli ve bunları tutarlı bir görüntüye entegre etmelidir. Ayrıca, daha iyi uçuş performansı elde etmek için optimum tarama davranışı esastır¹⁵. Bununla birlikte, hiçbir uygun fiyatlı uçuş simülatörü şu anda göz hareketleri ve uçuş performansı arasındaki ilişkinin nicel çalışmalarını kolaylaştırmak için bir göz izleyici entegre etmemektedir.

Mevcut çalışma, uçuş deneyimi olan katılımcıların uçuş deneyimi olmayanlara göre daha iyi uçuş performansına sahip olup olmadığını değerlendirmek için yeni bir VR uçuş simülatörü geliştirdi. VR uçuş simülatörü, göz izleme ve göz hareketi paterni analizine ve uçuş performansı değerlendirmesine izin veren bir uçuş dinamiği sistemini entegre eder. Özellikle, VR uçuş simülatörünün, zaman alıcı kare sayımı olmadan ilgi alanı (AOI) tabanlı göz hareketini analiz etmek için cam benzeri veya masaüstü göz izleyici değil, bir VR göz izleyici³⁴ kullandığını belirtmekte fayda var.

Son olarak, mevcut çalışma, göz tarama yolundan objektif uçuş performans verilerine kadar gelecekte pilot seçimi için çok yönlü bir ölçüme yol açabilir. Sanal uçuş simülatörünün yardımıyla, uçuş seçiminin maliyeti önemli ölçüde azalacak ve kapsamlı veri toplamaya dayalı olarak pilotların normu oluşturulabilecektir. Çalışma, uçuş seçimi ihtiyaçları için geleneksel ve masaüstü simülatörler arasındaki boşluğu dolduruyor.

Protokol

Burada açıklanan tüm yöntemler Tsinghua Üniversitesi Kurumsal İnceleme Kurulu (IRB) tarafından onaylanmıştır ve tüm katılımcılardan bilgilendirilmiş onam alınmıştır. Tamamlandıktan sonra, tüm katılımcılara 12 dolar (veya eşit değerde bir hediye) ödendi.

1. Katılımcı seçimi

1. Katılımcı sayısının G*Power^{tarafından verilen ve 21'e} eşit olan beklenen örneklem boyutunu karşıladığından emin olmak için G*Power yazılımı 35 ( Malzeme Tablosuna bakınız) kullanarak önceki bir güç analizi çalışmasına göre katılımcıları işe alın.
   NOT: G*Power tarafından verilen beklenen örneklem büyüklüğü, belirtilen etki büyüklüğüne, anlamlılık düzeyine ve kullanılan istatistiksel teste dayalı olarak istenen bir istatistiksel güç düzeyine ulaşmak için bir çalışmada ihtiyaç duyulan tahmini katılımcı sayısını ifade eder. Beklenen örneklem büyüklüğü, araştırma planlamasında önemli bir husustur. Araştırmacıların çalışma tasarımlarının fizibilitesini ve maliyet etkinliğini belirlemelerine yardımcı olur ve çalışmanın anlamlı etkileri tespit etmek için yeterli istatistiksel güce sahip olmasını sağlar.
2. Hiçbir katılımcının epilepsi, kalp veya beyin hastalığı, yakın zamanda endokrin veya psikiyatrik ilaç veya ciddi cilt alerjisi öyküsü olmadığından emin olun.
3. Katılımcıların görmelerinin normal veya normale düzeltilmiş olduğunu ve renk körlüğü veya renk zayıflığı gibi herhangi bir görme bozukluğu olmadığını doğrulamak için Snellen göz çizelgesini (metrik sistem 6/6'yı kullanın)³⁶ kullanın.
4. Katılımcıların hiçbirinin son 24 saat içinde uçma yeteneklerini etkileyebilecek alkol veya uyuşturucu tüketmediğinden emin olun.
5. Deneyden önce katılımcıların en az 6 saat uyuduklarından ve zihinsel durumlarının iyi olduğundan emin olun.

2. Uçuş simülatörü donanımı

1. Uçuş simülatörünün tüm donanımının eksiksiz olduğunu kontrol edin. İşlevine göre, bu donanım üç modül halinde düzenlenmiştir (Tablo 1) (bkz.
   NOT: Araştırmacıların, elektrostatik indüksiyonun oluşturduğu riskten kaçınmak için ekipmana dokunmadan önce metal bir çubuğa dokunmaları gerekir.
   1. Tablo 2'nin yardımıyla VR, HMD (başa takılan ekran) ve göz izleme modülünün bileşenlerini kontrol edin.
   2. Tüm uçuş simülatörü PC modülü bileşenlerinin aşağıdaki minimum gereksinimleri karşıladığından emin olun: 3.6G Hz işlemci, 4G dahili bellek, 64 bit işletim sistemi ve grafik kartı. Sistem tüm uçuş kontrolörlerini destekleyecektir.
   3. Uçuş kontrol modülünün bileşenlerini kontrol edin ve cihazın parametre konfigürasyonunun Tablo 3 ile tutarlı olduğundan emin olun.
2. Uçuş simülatörünün donanımını Şekil 1'deki düzene göre kurun. Şekil 2 , donanımın nasıl bağlandığını göstermektedir.
   1. Gaz kelebeği ve kontrol paneline fiziksel olarak katılın ve bunları bir ünite olarak değerlendirin.
   2. Gaz kelebeğini, joystick'i ve pedalı USB üzerinden uçuş simülatörü PC modülüne bağlayın.
   3. HMD'yi bağlantı kutusu aracılığıyla uçuş simülatörü PC modülüne bağlayın.
   4. Baz istasyonlarını ve VR denetleyicilerini PC'deki VR yazılımı aracılığıyla HMD'ye bağlayın.

VR başa takılan ekran (HMD) ve göz izleme modülü	1. Baz İstasyonu
	2. Sanal Gerçeklik HMD
Uçuş Simülatörü PC modülü	3. Uçuş Simülatörü PC
Uçuş kontrol modülü	4. Uçuş Gaz Kelebeği
	5. Uçuş Joystick'i
	6. Uçuş Pedalı

Tablo 1: Uçuş simülatörü donanımının üç modülünün bileşenleri.

Ana bileşen	Aksesuar -lar
Sanal Gerçeklik HMD Teknolojisi	Kulaklık kablosu (takılı)
	Yüz yastığı (ekli)
	Temizlik bezi
	Kulaklık delik kapağı × 2
Bağlantı kutusu	Güç adaptörü
	DisplayPort kablosu
	USB 3.0 kablosu
	Montaj pedi
Kontrolörler (2018) × 2	Güç adaptörleri × 2
	Boyunluklar × 2
	Mikro USB kabloları × 2
Baz İstasyonu 2.0 × 2	Güç adaptörleri × 2
	Montaj Kiti (2 montaj, 4 vida ve 4 duvar dübeli)

Tablo 2: VR HMD ve göz izleme modülünün bileşenlerinin listesi.

Aygıt	Parametre yapılandırması
Uçuş Joystick'i	On dokuz eylem düğmesi
	Bir adet 8 yönlü "bakış açısı" şapkası
	Birkaç 3D manyetik sensör
	Bir adet 5 helezon yay sistemi
	Bir adet 16 bit çözünürlük (65536 x 65536 değerleri).
Uçuş Kontrol Paneli	On beş eylem düğmesi
	Bir TRIM tekerleği
	Beş programlanabilir LED
Uçuş Gaz Kelebeği	On yedi eylem düğmesi
	Basma düğmeli bir fare şapkası
	Bir adet 8 yönlü "bakış açısı" şapkası
	Birkaç 3D manyetik sensör
	İki adet 14 bit çözünürlük
Uçuş Pedalı	2,5 kg ile 5 kg arası gerginlik
	35° ile 75° arasındaki açı

Tablo 3: Uçuş kontrol modülünün cihazlarının parametre konfigürasyonu.

Şekil 1: VR uçuş simülatörü donanımının yerleşimi. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Resim 2: Uçuş simülatörü donanımının bağlantısı. (A) Uçuş kontrol modülü. Gaz kelebeği ve kontrol paneli fiziksel olarak birleştirilir ve bir ünite olarak ele alınır. Bu çalışmada "gaz kelebeği" terimi kullanılıyorsa, hem gaz kelebeğini hem de kontrol panelini ifade eder. (B) Uçuş simülatörü PC modülü. Adım 2.2'de belirtilen gereksinimleri karşılayan bir bilgisayar. (C) HMD ve göz izleme modülü. Göz izleme için yazılım geliştirme kitleri (SDK'lar) ve 3D motor, aynı bilgisayara yüklendiğinde senkronize halde tutulur. Bu nedenle, göz izleme işlevleri ve işletim sistemi etkileşime girer ve birlikte çalışır. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

3. Uçuş simülatörü yazılımı

1. Deney başlamadan önce tüm yazılımların ( Malzeme Tablosuna bakın) yüklendiğinden emin olun. Deneyde kullanılan tüm yazılımlar ile ilgili bilgiler Tablo 4'te gösterilmiştir.

Ad	Açıklama
VR yazılımı	Donanımda VR içeriğini deneyimlemek için yaygın olarak kullanılan bir araç.
VR uygulama mağazası	Müşterilerin sevdikleri ve ihtiyaç duydukları içeriği keşfedebilecekleri, oluşturabilecekleri, bağlantı kurabilecekleri ve deneyimleyebilecekleri sanal gerçeklik için uygulama mağazası.
Göz izleme yazılımı	Araştırma ekibi tarafından Göz izleme ve 3D motor SDK'ları aracılığıyla geliştirilen göz izleme yazılımı.
Uçuş Simülatörü	Araştırma ekibi tarafından geliştirilen uçuş simülatörü yazılımının ana programı.
Ekran kayıt yazılımı	Video kaydı ve canlı akış için ücretsiz ve açık kaynaklı bir yazılım.

Tablo 4: Deneyde kullanılan tüm yazılımlar hakkında bilgiler.

4. Uçuş simülatörünü başlatmadan önce hazırlık

NOT: Göz izleme programı ilk kez çalıştırılıyorsa, Şekil 3'e göre ek adımları gerçekleştirin. Göz izleme programı, ilk çalıştırmadan sonra otomatik olarak etkinleşecektir.

Şekil 3: Göz izleme programını ilk kez çalıştırırken ek adımlar. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

1. HMD'nin açık ve bilgisayara bağlı olduğundan emin olun.
2. HMD'nin her zaman baz istasyonunun izleme menzili içinde olmasını sağlamak için baz istasyonunu çapraz olarak yerleştirin. Sabit bir VR ortamı sağlamak için baz istasyonunu sabit tutun.
3. Bilgisayardaki VR yazılımı tarafından verilen istemlere göre yalnızca ayakta duran bir oyun alanı oluşturun.
   NOT: İstem, oda ölçeğinde bir alana izin verir veya yalnızca ayakta duran bir oyun alanı oluşturur. Yalnızca ayakta durma modu genellikle yürüme gerektirmeyen VR sahnelerini deneyimlemek için kullanılır ve kullanıcının hareket etmek için sınırlı alanı olduğunda seçilebilir. Bu nedenle, bu deneyde sadece ayakta durulabilen bir oyun alanı oluşturun.
4. Göz izleme kalibrasyonunu ayarlayın. Göz izleme sistemi, katılımcı her değiştirildiğinde yeniden kalibre edilmelidir.
   1. Katılımcıların kontakt lens kullanmadığını onaylayın, bu da göz izlemenin arızalanmasına neden olur.
   2. VR denetleyicilerini kullanarak göz izleme kalibrasyon programını açın (Malzeme Tablosuna bakın).
   3. Cihaz yüksekliğini, gözbebekleri arası mesafeyi (IDP) ve bakış noktasını sistemin yönlendirdiği şekilde ayarlayın.
   4. Göz izleme kalibrasyonunun etkinliğini doğrulamak için katılımcının gözlerinin her noktayı saat yönünde 2 saniye boyunca aydınlatmasını sağlayın.
5. Ayarlanmış uçuş kontrol modülünü ve geniş ekranı (yani en az 27 inçlik bir monitör) VR HMD ile aynı bilgisayara bağlayın. Ekran, deneycinin VR HMD'de neler olduğunu aynı anda görüntülemesini sağlar.

5. Deneysel prosedür

NOT: Deney dört adıma ayrılmıştır: "bilgi toplamak", "görevi ve işlemi tanıtmak", "deneyden önce pratik yapmak" ve "resmi bir deney yapmak". Deneysel süreç Şekil 4'te özetlenmiştir.

Şekil 4: Deneyin akış şeması. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

1. Katılımcılardan bilgi toplayın (15 dk).
   1. Katılımcıların ödeme bilgileri ile ödeme detayları formunu doldurun.
   2. Katılımcıları bilgilendirilmiş onam belgesini okumaları ve imzalamaları konusunda bilgilendirin.
2. Katılımcılara görevi ve simülatörü tanıtın (5 dk).
   1. Katılımcılara trafik düzenini ve haritasını açıklayın (Şekil 5).
   2. Katılımcılara VR uçuş simülatörünü nasıl kullanacakları konusunda talimat verin.
   3. Katılımcılara, bir uçuşu simüle ederken rahatsızlık hissederlerse deneyden ayrılabileceklerini bildirin.
3. Katılımcılardan VR uçuş simülatörünü kullanarak pratik yapmalarını isteyin (15 dk).
   1. VR HMD'yi katılımcılara takın ve göz hareketlerini kalibre edin. Cihaz yüksekliğini, gözbebekleri arası mesafeyi (IDP) ve bakış noktasını sistem tarafından talimat verildiği şekilde ayarlayın.
   2. Ekran kayıt yazılımını açın.
   3. Katılımcılara uçuş eğitiminde yardımcı olmak için FlySimulator programını başlatın.
   4. Katılımcılara, uçağı referans uçuş çizgisine mümkün olduğunca yakın yönlendirmek için uçuş pedalını, joystick'i ve gaz kelebeğini uyum içinde kullanmaları talimatını verin (Şekil 5).
   5. FlySimulator programından çıktıktan sonra uçuş gazı ve motor değiştirme düğmelerini sıfırlayın ve denek uygulamayı tamamladıktan sonra ekranı kaydetmeyi durdurun.
4. Resmi uçuş deneyleri yapın (20 dk).
   1. Katılımcılar için VR HMD'yi takın ve ekranı kaydetmeye başlamak için OBS Studio'yu çalıştırın.
   2. FlySimulator programını başlatın, uygun bir perspektif seçin, motoru çalıştırın, park frenini bırakın ve uçuş gazını tam olarak ayarlayın.
   3. FlySimulator programından çıkın, ardından uçuş gaz kelebeği ve motor değiştirme düğmelerini sıfırlayın. Ekran kaydını durdurun.

Resim 5: VR uçuş simülatörü için trafik düzeni. Eğim açısı, uçağın sol ve sağ eksenleri etrafındaki dönüş açısıdır ve referans çizgisi (veya merkez referans çizgisi) kırmızı ve yeşil çizgilerin tam ortasındadır. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

6. Veri analizi

1. Göz hareketi verilerini analiz edin.
   1. Bu çalışmada beş ilgi alanı (AOI) bölgesini ayırın; AOI'lerin hesaplanması hakkında daha fazla bilgi için, uçuş kokpiti aletine karşılık gelen uçuş kokpitinin gerçek paneline dayalı olarak Şekil 6'ya bakın (Şekil 7).
   2. Bu çalışmada kullanılan VR okülomotorun ekipman özelliği göz önüne alındığında, AOI bölgesi^37'deki bekleme süresinin yüzdesini kullanarak AOI fark testini hesaplayın.
      NOT: Ortalama bekleme süresi yüzdesi, bir AOI içinde bakmak için harcanan kümülatif yüzdenin, toplam sabitleme süresine bölünmesi ve katılımcılar arasında ortalamasının alınmasıdır.
2. Python 3.10 kullanarak özel olarak geliştirilmiş programlama komut dosyalarıyla uçuş performansı verilerini analiz edin. Performans metrikleri için temel algoritma, Ulusal Havacılık ve Uzay Dairesi (NASA) tarafından sağlanan 35 BAE-146 uçak QAR verisinden esinlenen QAR analiz yönteminden ^{uyarlanmıştır38}.
   NOT: Bu çalışma için uçuş performans göstergeleri: toplam uçuş süresi (her katılımcı için kalkıştan inişe kadar geçen toplam sürenin saniye cinsinden), inişten 1 s önceki eğim açısı (uçağın inişten 1 s önceki eğim açısı, ham verilerden elde edilen, derece cinsinden), referans çizgisine olan ortalama mesafe (uçuş sırasında uçak ile referans çizgisi arasındaki uzamsal mesafenin ortalama hatası, metre cinsinden) ve referans çizgisine olan mesafenin standart sapması (uçuş sırasında düzlem ile referans çizgisi arasındaki uzamsal mesafenin metre cinsinden standart sapması).
3. İstatistiksel analizleri yapın.
   1. Verilerin normalliğini doğrulamak için Shapiro-Wilk testi^39'u kullanın.
   2. Tanımlayıcı istatistikler, Mann-Whitney U testi ve Student t-testi için istatistiksel yazılım (Materyal Tablosuna bakınız) kullanın.
   3. Veri dağılımının şeklini daha iyi belirtmek için keman grafiklerini tasvir edin⁴⁰.
      NOT: Cohen'in d'si kullanılarak ölçülen etki büyüklüğünün açıklaması şu şekildedir: 0.1 çok küçük, 0.2 küçük, 0.5 orta, 0.8 büyük, 1.2 çok büyük ve 2.0 çok büyük^41,42. Anlamlılık düzeyi p < 0.05 olarak belirlenmiştir.

Şekil 6: AOI önişleme ve akış sürecinin hesaplanması. Bölüm 1'den 4'e kadar, bu çalışmanın pilotların göz hareketi verilerini bağımsız örneklem t-testine kadar nasıl işlediğini açıklamaktadır. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Şekil 7: Uçuş aletinin AOI bölümünün şematik diyagramı. Aletlerin işlevi: (A) Hava hızı göstergesi, uçağın havaya göre hızını gösterir. (B) İrtifa göstergesi, uçağın eğim ve yuvarlanma irtifasını gösterir. (C) Dikey hız göstergesi, uçağın kalkış veya alçalma hızını gösterir. (D) İrtifa göstergesi, uçağın barometrik irtifasını gösterir. (E) Motor devri göstergesi, uçak motorunun hızını gösterir. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Sonuçlar

Mevcut deney için uçuş tecrübesi olan 23 uzman ve uçuş tecrübesi olmayan 23 acemi seçildi. Katılımcılar 25 ile 58 yaşları arasındaydı (uzmanlar: M = 32.52 yıl, SS = 7.28 yıl; acemiler: M = 29.57 yıl, SS = 5.74 yıl). Tüm katılımcıların cinsiyeti erkekti. Tüm acemiler Tsinghua Üniversitesi'nden (öğrenciler veya öğretim üyeleri) işe alındı ve tüm uzmanlar China Eastern Airlines'tandı.

Göz hareketi
Cihazı...

Tartışmalar

Mevcut çalışma, uçuş deneyimi olan katılımcıların, VR tabanlı bir uçuş simülatöründe uçuş deneyimi olmayanlara göre daha iyi uçuş performansına sahip olup olmadığını değerlendirdi. Daha da önemlisi, daha iyi uçuş performansına sahip bu katılımcılarda daha optimize edilmiş bir göz hareketi modelinin bulunup bulunamayacağını değerlendirdi. Sonuçlar, uçuş deneyimi olan ve olmayan katılımcılar arasında üç temel uçuş QAR göstergesinde önemli farklılıklara sahiptir: inişte...

Malzemeler

Name	Company	Catalog Number	Comments
3D engine SDK	Epic Games	Unreal Engine 4 GameAnalytics Unreal SDK	This SDK is a powerful yet flexible free analytics tool designed for games.
CPU	Intel	IntelCore i9	One of the most powerful CPU on the mainstream market.
Eye tracking SDK	Tobii	Tobii XR SDK	This SDK provide device agnostic access to eye tracking data to allow development for headsets from many different hardware vendors and is not limited to devices using Tobii Eye Tracking hardware.
Eye tracking software	Developed by the research team		A program that tracks the movement of a person's eyes while they are using a virtual reality HMD.
FlySimulator program	Developed by the research team		A software that simulates flying experiences in a virtual environment, using VR HMD and hand-held controllers.
Graphics card	NVIDIA	GeForce RTX 3090 10496 NVIDIA CUDA Cores 1.70 GHz Boost Clock   24 GB Memory Size GDDR6X Memory Type	One of the most powerful graphics card on the mainstream market.
Operating system (OS)	Microsoft	Windows XP	An operating system (OS) developed and exclusively distributed by Microsoft Corporation
Replica control panel	THRUSTMASTER	2960720 2971004 2962072 2960748 2960769	U.S. Air Force A-10C attack aircraft HOTAS
Replica joystick	THRUSTMASTER	2960720	U.S. Air Force A-10C attack aircraft HOTAS
Replica pedal	THRUSTMASTER		TPR pendular rudder
Replica throttle	THRUSTMASTER		U.S. Air Force A-10C attack aircraft HOTAS
Screen connected to PC	Redmi	RMMNT27NF, 27-inch, 1920 X 1080 resolution ratio	Screen allows the experimenter to simultaneously view what is happening in the VR HMD
Screen recording software	OBS Project	OBS Studio Version 28.0	A free and open source software for video recording and live streaming
Statistical power analysis software	Open-Source	G*power Version 3.1.9.6	A free and user-friendly tool for estimating statistical power and sample size.
Statistical software	IBM	SPSS Version 24.0	A powerful statistical software platform
Versatile statistics tool	GraphPad Software	GraphPad Prism Version 9.4.0	A versatile statistics tool purpose-built for scientists-not statisticians
VR app store	HTC Corporation	VIVE Software 2.0.17.6 / 2.1.17.6	An app store for virtual reality where customers can explore, create, connect, and experience the content they love and need.
VR head-mounted display (HMD)	HTC Corporation	VIVE Pro Eye	A VR headset with precision eye tracking
VR software	Steam	Steam VR Version 1.23	A tool for experiencing VR content on the hardware